关于GPS在海洋测绘中的精密定位

（江西省基础测绘院 江西南昌 330046）

1 GPS简介

1.1 GPS系统

GPS系统构成∶一是空间部分，由工作卫星（21颗）以及在轨备用卫星（3颗）组成；二是地面控制部分，由主控站（1个）、注入站（3个）以及监测站（5个）组成；三是用户设备部分，即GPS 信号接收机，该装置能够接收GPS 信号，并予以处理，最终给出测站实际三维坐标。

1.2 GPS原理

用户在GPS 接收机这一装置的帮助下能够同时获取多个GPS 卫星信号，然后根据接收到的信息，对测站点P 和各个GPS 卫星之间的每个距离进行相应计算，与此同时，确定此时相关GPS 卫星所在的具体空间坐标，最后在距离交会法的帮助下便能求解出测站点P的具体位置。求解方程如下[1]。

方程中∶P1、P2、P3为P点和3颗卫星的各自距离。

2 海洋测绘精密定位中运用GPS 定位的方法

现阶段，以中国沿海区域为测量对象的RBN/DGPS 已经正式得以应用。该系统具有良好的工作性能，最大工作半径为300km，定位精度可控制在5m以内，能够满足基本的导航以及定位需要，在沿岸海道的测量工作中发挥出了巨大作用。进行高精度测量时，该系统存在一定的不足，如难以提供水位更正方式的全部需要。GPS-PPK 这一技术能够满足高精度测量的要求，另外，在实际应用时，并无需对数据链接进行实时通讯。

按照海洋测量规范给出的相关要求，同时兼顾其他方面的因素（一是设备成本；二是精度要求；三是导航实时性），对那些涉及精密测绘的工作，建议采用RBN/DGPS、GPS-PPK 相结合的方式进行。当然，在正式应用之前，应结合两者特点，制定出一套完善的技术方案，关键工作内容及步骤如下∶一、利用RBN/DGPS 提供一系列实时地位数据，且要求误差不超过3m；二、利用GPS—PPK技术发出双频载波，然后获取载波相位数据，并予以记录和观测[2]。

GPS 测量技术由于不受空间条件的制约，因而诸多海洋测绘事务中得以广泛应用，应用领域包括∶控制测量；海岸地形的测量；海洋定位等三项。

在海洋物探定位工作中，差分GPS技术能够发挥出十分积极的作用。于海岸上某个合适位置架设基准站，将2台差分GPS 接收机分别装备到2 艘地震船上，要求其中1 艘地震船根据计划航线不断行驶，并借助差分GPS 导航及其定位系统，每行驶一个固定的时间之后，便向海底岩层发出一个地震波信号，与此同时，另外1 艘地震船尾随其后，并接收地震波的反射信号，然后将GPS 定位给定的结果准确而完整地记录下来。在地层内部，地震波也能够进行有效传播，利用该特性，可针对地层结构展开相应的研究与分析，进而探测到那些可能存在丰富石油储量的地点，接下来便可对地质构造展开更进一步的分析，并确定最为合理的钻孔位置。结合预先留置的孔位，在差分GPS技术的帮助下，便可以快速而准确地完成钻井平台的相关建设。具体操作内容如下∶在海岸合适位置以及钻井平台上完成整个GPS系统的完整架设，同时将GPS 天线根据要求设置在钻井平台的四周，如此一来，4个天线便会完成相应信息的接收，并将其全部汇入接收机。至于通过基准站所获得的观测数据，经由数据链电台同样传输到钻井平台的接收机上。最后，利用平台上的计算机系统，对接收到的5 组数据展开同步处理，便能够准确掌握平台的具体信息（如倾斜情况、旋转情况以及平移情况等）。如此一来，大幅提高了平台的可靠性以及安全性。

3.GPS 在水深测量中的具体应用

3.1 多波束水深测量系统

现阶段，在开展水深测量工作的过程中，一般借助多波束水深测量系统来实现。相较传统的单波束系统而言，多波束水深测量系统更具优势，比如能够结合水源实际深度对所需的相关数据样本进行直接收集。所以，应用该系统可及时而准确地探测清楚海底的地形地貌，并予以绘制。

3.2 测量内容及步骤

水深测量工作其目的在于获得精准的水深数据，需要借助相应的作业系统予以完成，该作业系统主要由以下关键设备构成∶计算机（配置有专业软件）；GPS 接受装置；数字探测仪等。

水深测量步骤∶一是准备工作，架设GPS-RTK基准站,然后进行点校正，最后对测深作业线进行初步布设；二是对外业数据进行收集，对基准站坐标进行检验，保证其准确性，然后连接测深系统，检查无误之后，启动；三是内业数据的处理工作，借助专业处理软件对一系列外业数据展开相应的分析以及处理，获得该项工作的目标资料，如水深图等；最后是保存，也可根据需要以纸质文档的形式打印出来。

3.3 精度分析

可在电磁式姿态仪的帮助下，对船姿进行必要修正，修正内容主要涉及两点，一是高程的修正，二是位置的修正。无论是航向影响，还是纵摆影响，或者是横摆影响，全部可以利用姿态仪进行监测并输出，最后借助一系列专业测量软件予以合理的修正。

信息采集过程，GPS 定位输出更新率的变化将会对瞬时采集的密度以及精度产生十分明显的影响。现阶段，通过RTK 这种方式，绝大多数条件下都能够实现20HZ的GPS 输出率[3]。需要指出的，在输出速度方面，不同厂家生产的探测仪存在一定的差异，继而导致数据输出的延迟也存在一定的差距。所以，对水深数据进行测量时，通常无法保证测量时刻、定位时刻的同步性，换而言之，二者往往存在一定的时间差，最终导致定位延时问题的出现。为有效解决上述问题，应针对延迟予以适当的修正。

4.结束语

在海洋测绘的精密定位工作中，GPS 这一技术具有十分明显的优势，不仅容易实现，而且精度较高，因而具有十分广阔的应用前景，所以，应该给予足够的重视和支持，使该项技术在我国近海海洋的一系列测量工作发挥出更大的作用。

[1]顾斌,董杰,董妍,李菲菲.GPS 在海洋测绘中的应用[J].科技风，2010(03).

[2]柯可.GPS技术的原理及其在测绘领域的应用[J].中国水运(下半月)，2008(02).

[3]刘基余,孙红星.导航卫星在海洋测绘中的应用及其展望[J].海洋测绘，2011(04).